無線信号画像隠しおよびスピード違反のオブジェクト

研究者は、無線信号を使用して、隠れた物体や動く物体のリアルタイムの画像やビデオを作成する方法を開発しました。このシステムにより、角を曲がったところや壁を通り抜けるリアルタイムの画像処理が可能になり、時速20,000マイルで飛んでいるミリメートルサイズのスペースデブリなどの動きの速い物体をすべてスタンドオフ距離から追跡できます。

イメージング方法はレーダーのバリエーションであり、電磁パルスを送信し、反射を待機し、往復時間を測定してターゲットまでの距離を決定します。マルチサイトレーダーには通常、1つの送信機と複数の受信機があり、エコーを受信して​​三角測量し、オブジェクトを特定します。 m-Widarと呼ばれる新しい方法は、複数の送信機と1つの受信機を使用します。

チームは、無響（非エコー）チャンバーでこの技術を実演し、乾式壁の後ろを移動する人が関与する3Dシーンの画像を作成しました。送信機の電力は、12台の携帯電話が同時に信号を送信して、ウォールボードを介して約10メートル（30フィート）の距離からターゲットの画像を作成するのと同等でした。現在のシステムの潜在的な範囲は最大数キロメートルです。いくつかの改善により、範囲ははるかに遠くなり、送信機の電力と受信機の感度によってのみ制限される可能性があります。

基本的な手法は、トランジェントレンダリングと呼ばれる計算イメージングの形式であり、2008年から画像再構成ツールとして使用されています。信号測定の小さなサンプルを使用して、ランダムなパターンと相関に基づいて画像を再構成するという考え方です。この手法は、以前は通信コーディングとネットワーク管理、機械学習、およびいくつかの高度な形式のイメージングで使用されていました。

研究者とのQ＆Aを読む

FabiodaSilvaがTechBriefsと話します m-Widarについて。

この新しい技術は、他の分野の信号処理とモデリング技術を組み合わせて、画像を再構築するための新しい数式を作成します。各送信機は、特定のタイプのランダムシーケンスで同時に異なるパルスパターンを放出し、他の送信機からのパルスと空間と時間で干渉し、画像を作成するのに十分な情報を生成します。

送信アンテナは、200メガヘルツから10ギガヘルツまでの周波数で動作しました。これは、マイクロ波を含む無線スペクトルのほぼ上半分です。受信機は、信号デジタイザーに接続された2つのアンテナで構成されていました。デジタル化されたデータはラップトップコンピューターに転送され、画像を再構築するためにグラフィックス処理装置にアップロードされました。チームはこの方法を使用して、毎秒15億サンプル、対応する366キロヘルツ（毎秒フレーム）の画像フレームレートでシーンを再構築しました。比較すると、これは携帯電話のビデオカメラの約100〜1,000倍のフレーム/秒です。

システムは12個のアンテナを使用して、10メートルのシーン全体で約10センチメートルの解像度で4096ピクセルの画像を生成しました。この画像解像度は、感度やプライバシーが懸念される場合に役立ちます。より多くの送信アンテナやより高速なランダム信号発生器およびデジタイザを含む既存の技術を使用してシステムをアップグレードすることにより、解像度を向上させることができます。将来的には、個々の無線信号の特性が相互に関連する量子もつれを使用することで、画像を改善できる可能性があります。

新しいイメージング技術は、無線信号の代わりに可視光を送信するように適合させることもできます—超高速レーザーは画像の解像度を上げることができますが、壁を貫通する能力を失うでしょう—またはソナーや超音波イメージングアプリケーションに使用される音波。緊急事態やスペースデブリの画像化に加えて、新しい方法は、爆発物を評価するための重要な指標である衝撃波の速度を測定し、心拍数や呼吸などのバイタルサインを監視するためにも使用される可能性があります。